Astronomen erforschen das Universum routinemäßig mit verschiedenen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums, vom bekannten sichtbaren Licht über Radiowellen und Infrarot bis hin zu Gammastrahlen. Es gibt ein Problem bei der Untersuchung des Universums anhand des elektromagnetischen Spektrums. Wir können nur Licht aus einer Zeit sehen, als das Universum erst 380.000 Jahre alt war. Ein alternativer Ansatz besteht darin, Gravitationswellen zu nutzen, von denen angenommen wird, dass sie im frühen Universum vorhanden waren und die es uns ermöglichen könnten, noch weiter in die Vergangenheit vorzudringen.
Das Konzept der Schwerewellen ist eigentlich ganz einfach. Stellen Sie sich das Gefüge des Weltraums als ein riesiges Meer vor. Die Bewegung eines Objekts in diesem See verursacht Wellen, die das Wasser durchdringen. So wie ein Meeresnebel die Sicht einschränkt, können die Wellen dennoch durchdringen. Gravitationswellen sind wie Wellen im Raum, die durch die Bewegung von Objekten verursacht werden. Es handelte sich um eine Idee, die Einstein 1916 in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhersagte.
Gravitationswellen sind jedoch nicht nur eine Theorie, sie wurden bereits entdeckt. Das LIGO-Virgo-Observatorium entdeckte am 15. September 2015 Schwerewellen aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit 29 und 36 Sonnenmassen in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung. Seitdem gab es über 100 Entdeckungen, sodass Gravitationswellen mit Sicherheit real sind.
Mithilfe von Gravitationswellen glauben Rishav Roshan und Graham White von der University of Southampton, dass sie die frühesten Momente des Universums erforschen können. In den frühen Momenten der Entstehung des Universums war der Weltraum undurchsichtig, weil das Universum voller ionisierter Gase war und elektromagnetische Strahlung nicht durchdringen konnte. Roshan und White glauben, dass sie diese Barriere durchbrechen können.
In ihrem Papier gepostet an die arXiv Auf dem Preprint-Server diskutieren sie drei Hauptstrategien zur Erkennung von Gravitationswellen. Pulsar-Timing-Arrays, Astrometrie und Interferometrie. Die Techniken sind ähnlich und basieren alle auf Schwerkraftwellen, die den Raum zwischen den Elementen des Systems stören. Im Fall des Interferometers werden durch die Raumstörung zwischen den Optiken des Systems Gravitationswellen sichtbar; In Pulsar-Arrays verrät die zeitliche Variation der Impulse bekannter Pulsarsysteme deren Anwesenheit, und bei der astrometrischen Technik verraten winzige Änderungen in der Winkelgeschwindigkeit des Zielobjekts die Anwesenheit der Wellen.
Seit ihrer Entdeckung liefern Gravitationswellen unschätzbare Informationen über Ereignisse in den entlegensten Regionen des Universums. Jetzt sieht es so aus, als könnten sie auch dazu verwendet werden, einige der Geheimnisse nicht nur im Raum, sondern auch in der Zeit zu entschlüsseln. Um uns ein umfassenderes Verständnis des Universums zu ermöglichen, das über das Standardmodell hinausgeht (das in den 1970er Jahren entwickelt wurde und darlegt, wie sich Materie unter Berücksichtigung der vier Grundkräfte stark, schwach, elektromagnetisch und Gravitation verhält), scheinen Gravitationswellen der Schlüssel zu sein .
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Rishav Roshan et al.: Mithilfe von Gravitationswellen die erste Sekunde des Universums sehen, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2401.04388